(57)【要約】      （修正有）【課題】２成分現像方法において、優れた現像特性と高品質な画像を提供する。【解決手段】トナーと磁性キャリアからなる２成分系現像剤で、感光体と現像ローラとが近接する現像領域に磁気ブラシを形成して感光体上の静電潜像を現像する方法において、２成分系現像剤について、下記式（Ａ）      ε＝１−M／(D×ρ)                  （Ａ）（上式中、εは見掛け空隙率（単位なし）、Mは現像ローラ上の1cm2当りに搬送される現像剤搬送量(g/cm2)、Dは感光体と現像ローラ間の現像ギャップ(cm)、ρは現像剤の比重であり、ρcおよびρtをそれぞれキャリア及びトナーの比重(ｇ/cm3)、tdを現像剤中のトナー濃度（単位なし）とするときに、下記式ρ＝1／｛(1−td)／ρc＋td／ρt｝で求められる値）で定義される見掛け空隙率が０．０２〜０．７５の範囲になるようトナーの比重とキャリアの比重とトナー濃度とに応じて現像剤搬送量および現像ギャップを設定することを特徴とする現像方法。【選択図】図１
2007033815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーと磁性キャリアからなる２成分系現像剤を現像ローラ上に担持し、感光体と前記現像ローラとが近接する現像領域に磁気ブラシを形成して前記感光体上の静電潜像を現像する現像方法において、
前記２成分系現像剤について、下記式（Ａ）
ε＝１−M／(D×ρ)                  （Ａ）
（上式中、εは見掛け空隙率（単位なし）、Mは現像ローラ上の1cm2当りに搬送される現像剤搬送量(g/cm2)、Dは感光体と現像ローラ間の現像ギャップ(cm)、ρは現像剤の比重であり、ρcおよびρtをそれぞれキャリア及びトナーの比重(ｇ/cm3)、tdを現像剤中のトナー濃度（単位なし）とするときに、下記式
ρ＝1／｛(1−td)／ρc＋td／ρt｝
で求められる値）
で定義される見掛け空隙率が０．０２〜０．７５の範囲になるように前記現像剤のトナーの比重とキャリアの比重とトナー濃度とに応じて現像剤搬送量および前記感光体と前記現像ローラとの間の現像ギャップを設定することを特徴とする現像方法。
【請求項２】
前記感光体と前記現像ローラとを互いに逆方向に回転させるときに、前記見掛け空隙率が０．４〜０．７５の範囲になるように前記現像剤搬送量および前記現像ギャップを設定する請求項１記載の現像方法。
【請求項３】
前記現像剤搬送量の設定が、少なくとも磁性体を含むブレードを用いて前記現像剤搬送量を調整することにより行われる請求項１記載の現像方法。
【請求項４】
前記現像ローラに交流成分が重畳された直流バイアス電圧を印加する請求項１記載の現像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トナーと磁性キャリアとからなる２成分系現像剤の現像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を用いた複写装置あるいはプリンタ等の画像形成装置においては、現像ローラ上にトナー及び磁性キャリアからなる２成分系現像剤の磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシを用いて感光体上の潜像を現像する現像方法が広く用いられている。かかる磁気ブラシ現像方式では、円筒状の非磁性スリーブ内に複数の磁石を固定配置した現像ローラを使用し、感光体及び現像ローラに電圧を印加して現像する。
【０００３】
上記磁気ブラシ現像方式における現像特性を向上する手段としては、トナー及び磁気キャリアの小粒径化や現像ローラの周速を上げることによる現像領域への現像剤搬送量の増加といった方法や、現像バイアスに交流を重畳させて交番電界を作用させることにより、現像剤に振動を与えて現像する方法が一般化しつつある。近年では、感光体と現像ローラ間の距離を短くし、現像ローラ上の現像層量を低減することで現像特性を向上させる方法も採用されている。
【０００４】
しかし、現像ローラの周速を上げると、現像剤へのストレスが大きくなり、トナーのスペント（継時劣化）、やキャリアのコート剥がれといった劣化が促進され、画像に悪影響を及ぼしてしまう。また、現像剤の搬送量を増やすと、現像量は増加するが、一度現像を終えた磁性キャリアの逆電荷によって現像トナーが掻き取られ、不完全な画像にしてしまう現象(スキャベンジング)が問題となっている。あるいは、現像バイアスに交流バイアスを重畳する場合、強い電界を印加すると、現像剤からの放電により画像に斑点状の抜けが生じる可能性がある。更に交流バイアス重畳時において、現像ローラ上の磁気ブラシには、トナーを感光体に向かって移動させる電界と、感光体から現像ローラに向かって移動させる電界とが交互に作用し、同時に、磁場中に形成された磁気ブラシに対して電界が作用すると、先端に位置するキャリア粒子には負電荷が誘起される。この電荷に対して電界中で発生する静電気力が現像ローラ方向への磁気的結合力を上回ると磁気ブラシが分断されてキャリア粒子の一部が感光体上に転移するいわゆるキャリア付着が発生する。
【０００５】
このようにキャリア付着が発生すると、キャリアはトナーに比べて粒径が大きいため、感光体上に現像されたトナー像を転写用紙上に転写する時に、感光体上に付着したキャリアがトナーの転写を妨げて画像欠陥を発生させることになる。
【０００６】
これらの課題を克服する一つの手段として、現像ローラ上の現像剤搬送量を減らす方法があり、例えば、現像領域における現像剤の空隙率を０．５から０．８の範囲に制限した現像方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開平１１−７３０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記手段は感光体と現像ローラの回転方向やキャリア粒子の大きさにより適性範囲が異なる。具体的には、感光体と現像ローラの回転方向が同一(以下ウイズ)の現像方式の場合、現像ローラ上の現像剤搬送量を多く、空隙率を低く設定すると、高画質・高濃度画像が得られる。一方、感光体と現像ローラの回転方向が逆(以下カウンター)の現像方式である場合には、感光体と現像ローラの相対速度がウイズ現像方式に比べて大きくなるため、現像剤搬送量を少なく、空隙率を高く設定する。このとき、現像剤搬送量を多くすると、感光体と現像ローラ間の現像領域に現像剤が滞留し、高効率現像が行われない。
【０００８】
また、キャリアの粒子径を小さくした場合、キャリアの電気吸引力は粒子径の3乗に比例して低くなる為に、高い空隙率では感光体へのキャリア付着が多量に発生するといった問題が生じる。更に、画像濃度が低くなる、あるいはドット再現性等の解像度が悪化することもある。
【０００９】
本発明は、2成分現像方式において、現像領域へ搬送される現像剤の量を適正に制御することにより、現像特性に優れ、且つ高画質な画像を得ることが可能な現像方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、トナーと磁性キャリアからなる２成分系現像剤を現像ローラ上に担持し、感光体と前記現像ローラとが近接する現像領域に磁気ブラシを形成して前記感光体上の静電潜像を現像する現像方法において、前記２成分系現像剤について、下記式（Ａ）
ε＝１−M／(D×ρ)                  （Ａ）
（上式中、εは見掛け空隙率（単位なし）、Mは現像ローラ上の1cm2当りに搬送される現像剤搬送量(g/cm2)、Dは感光体と現像ローラ間の現像ギャップ(cm)、ρは現像剤の比重であり、ρcおよびρtをそれぞれキャリア及びトナーの比重(ｇ/cm3)、tdを現像剤中のトナー濃度（単位なし）とするときに、下記式ρ＝1／｛(1−td)／ρc＋td／ρt｝で求められる値）で定義される見掛け空隙率が０．０２〜０．７５の範囲になるように前記現像剤のトナーの比重とキャリアの比重とトナー濃度とに応じて現像剤搬送量および前記感光体と前記現像ローラとの間の現像ギャップを設定することを特徴とする現像方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、現像ギャップ及び現像剤搬送量の関係を空隙率という指標により適正化することによって、ウイズ及びカウンター現像方式のいずれに対しても現像特性に優れ、高品質な画像を得ることができる。
【００１２】
即ち、現像領域内にある現像剤の量を規定範囲内に限定することにより、現像特性に優れるとともに、感光体へのキャリア付着やカブリといった画像欠陥を低減した高品質な画像を得ることができる。
ここで、現像特性とは、後述の表３のように現像効率、現像された画像について、その濃度、ベタ部の濃度の均一性、ドットあるいはラインの再現性、カブリ等の各評価指標によって評価される特性をいう。
【００１３】
前記感光体と前記現像ローラとを互いに逆方向に回転させるときに、前記見掛け空隙率が０．４〜０．７５の範囲になるように前記現像剤搬送量および前記現像ギャップを設定してもよい。現像ローラと感光体がそれぞれ逆方向に回転させることにより、現像ローラと感光体との相対速度が大きくなる為、高い現像効率を得ることが可能になる。その場合に現像領域内にある現像剤の量を規定範囲内に限定することにより、現像特性に優れるとともに、感光体へのキャリア付着やカブリといった画像欠陥を低減した高品質な画像を得ることができる。
【００１４】
前記現像剤搬送量の設定が、少なくとも磁性体を含むブレードを用いて前記現像剤搬送量を調整することにより行ってもよい。現像ローラ上の現像剤量を、少なくとも磁性体を含むブレードにて制限することによって、ブレードと現像ローラ間の距離を広くしても薄層の現像剤を形成することができる。従って高画質化が可能なる上、現像剤へのストレスを削減することが可能となる。
ここで、磁気ブラシの穂の長さを揃える為には非磁性ブレードを磁性ブレードと組み合わせて用いることが好ましい。このとき、非磁性ブレードと磁性体のブレードの配置は、現像剤の搬送方向に対して上流側を磁性体ブレード、下流側を非磁性ブレードとすることが好ましい。これは、磁性体ブレードで搬送量を低減した後に、非磁性ブレードで磁気ブラシの穂の長さを揃えるためである。
【００１５】
また、現像方法において、前記現像ローラに交流成分が重畳された直流バイアス電圧を印加してもよい。現像ローラに交流成分が重畳された直流バイアス電圧を印加することにより高濃度及び高品質の画像が得られる。また、上記範囲に空隙率があるように調整することで、高い交流バイアス重畳効果が期待できる。
【００１６】
前記現像方法において、前記空隙率を０．０２以上０．７５以下とするために少なくとも磁性体を含むブレードを用いて前記現像剤搬送量を設定してもよい。現像ローラ上の現像剤量を、磁性体を含むブレードにて制限することによって、ブレードと現像ローラ間の距離を広くしても薄層の現像剤を形成することができる。従って高画質化が可能なる上、現像剤へのストレスを削減することが可能となる。
【００１７】
また、前記現像方法において、前記現像ローラに交流成分が重畳された直流バイアス電圧を印加してもよい。現像ローラに交流成分が重畳された直流バイアス電圧を印加することにより高濃度及び高品質の画像が得られる。また、上記範囲に空隙率があるように調整することで、高い交流バイアス重畳効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。以下の説明により、この発明をよりよく理解することが可能であろう。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。
【００１９】
図１において、画像形成装置は、例えば電子写真方式を採用したものであって、感光体ドラム１０と、この感光体ドラム１０上に形成された静電潜像を可視像化する現像装置２０を備えている。
【００２０】
本実施の形態において、現像装置２０は感光体ドラム１０に向かって開口する現像ハウジング２１を有し、この現像ハウジング２１の開口に面して現像ローラ２２を配設している。現像ハウジング２１の開口上縁には、現像ローラ２２上にある２成分系現像剤３１の層厚が規制できる規制部材２３を設け、前記現像ハウジング２１のうち、現像ローラ２２に隣接した部位には、隔壁２６によって現像室Ｒ１と攪拌室Ｒ２に区画されている。そして、攪拌室Ｒ２の上部にトナー補給室Ｒ３を設け、中には補給用のトナー３０が収容されている。トナー補給室Ｒ３の下部に、補給口４０と、図示されないトナー補給モータで回転駆動されるトナー補給ローラ４１を配置する。補給口４０からは、現像で消費された分のトナーが、トナー補給ローラ４１を回転駆動することで、攪拌室Ｒ２に落下補給される。
現像室Ｒ１内には、現像剤搬送スクリュー２４が収容されており、回転駆動により現像剤３１を現像ローラ２２の長軸方向に沿って搬送する。また、攪拌室Ｒ２には同様に搬送スクリュー２５が収容されている。スクリュー２５による現像剤搬送方向は、スクリュー２４による搬送方向とは反対である。
【００２１】
現像ローラ２２は、矢印Xの方向にある一定の周速度で回転し、現像ハウジング２１の開口部下端にある規制部材２３にて適正な現像剤層厚に規制された後、該現像剤を現像領域に担持搬送する。現像ローラ２２で担持された現像剤の磁気ブラシは感光体ドラム１０に接触し、静電潜像は現像される。
【００２２】
上記規制部材２３には、通常用いられる磁性又は非磁性ブレードのいずれか、或いは双方を用いることができ、現像ローラ２２との間に現像剤３１の層厚規制用ギャップ(例えば０．０１ｃｍ〜０．１５ｃm)だけ離間配置されている。
また、現像スリーブの周速度は感光体ドラムの周速度に対して１．４〜２．３倍程度が好ましく、更には、１．５〜２．０倍が特に好ましい。１．４倍以下であれば充分な画像濃度が得られず、２．３倍以上であればトナー飛散やトナーの劣化を促進する要因となる。
【００２３】
現像ローラ２２は、図２に示すように、回転可能な非磁性スリーブ２２１と、このスリーブ２２１の内部に固定して配置された磁極ロール２２２とを併設している。
非磁性スリーブ２２１は、アルミニウムや非磁性ステンレス鋼等の非磁性材質からなり、その表面は適度な凹凸を有する。表面の凹凸形成には、通常サンドブラストやエッチング等の処理が施されており、現像剤の保持や搬送、トナーの良好な摩擦帯電附与の役割を持つ。
【００２４】
そして、磁極ロール２２２には、ロール本体の周囲に所定角度間隔で複数の磁極(本例では５極)が配設されており、現像する領域に対向する現像磁極N１を有し、この現像磁極N１が現像領域で形成する現像磁界により現像剤の磁気ブラシが形成され、この磁気ブラシが感光体ドラム１０に接触して静電潜像を現像する。尚、磁極の構成は任意であり、上記した数及び磁極に限定されるものではない。
【００２５】
更に、現像ローラ２２には、通常現像バイアスとして、AＣ電圧、ＤＣ電圧或いはこれら双方を重畳した電圧が印加される。そのため、現像スリーブの材質としては、導電性を有する金属材料が一般的に用いられる。
上述した構成では、感光体と現像ローラが同一方向に回転するウイズ現像方式についての実施の形態を表しているが、カウンター現像方式では、規制部材２３の位置が現像ローラ２２の下側、２３aの位置にある。それに伴い、現像ローラの磁極構成がウイズ現像方式と上下逆転する。更に、現像ローラ回転方向が、図中の矢印Xとは逆向きになる。但し、その他の構成はウイズ現像方式と全く同じである。
【００２６】
本発明に用いられる現像剤は、上述したように非磁性トナーと磁性キャリアから構成されており、非磁性トナーとしては、樹脂中に着色顔料や染料等の添加物を分散した粉砕或いは重合法により生成されるトナーで、大きさは体積平均径で４〜１０μm、磁性キャリアとしては、鉄粉、フェライト粉末、ニッケル粉末等若しくはそれらの表面を有機重合体で被覆したキャリアで、大きさは同じく体積平均径で３０〜１００μmが好ましい。トナー及びキャリアの大きさが上述以下になると、流動性が悪く、攪拌性が低下する。また、上述以上の大きさのトナー及びキャリアを用いると、高精細な画像が得られなくなる。
次に、図３を用いて図１の現像装置における現像領域の状態を説明する。
【００２７】
現像ローラ２２は、感光体１０と所定の現像ギャップＤをおいて対向して設置されており、感光体１０の回転方向と同一(ウイズ現像方式)または逆方向(カウンター現像方式)に回転可能である。現像ローラ２２には、一定量の直流及び交流を重畳した現像バイアスが印加されている。そして、規制部材２３で所定量に規制された現像剤３１が、搬送量Ｍにて非磁性スリーブ２２１により現像領域５０まで搬送され、現像磁極N１により磁気ブラシを形成して、感光体ドラム１０に接触しながらドラム表面の静電潜像を可視化する。
【００２８】
実施例
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の形態はこれに限定されるものではない。
SHARP社製プリンタＡＲ−４５０Ｍを改造し、以下の設定条件でウイズ現像方式及びカウンター現像方式における画像形成の検討を行った。
【００２９】
(現像設定条件)
印字速度：４５枚／分  (A４横送り) 
感光体周速：２２５ｍｍ／ｓ
画像部電位：−５５ｖ
非画像部電位：−４９０ｖ
現像バイアス：パルス波Vｐｐ＝１ｋｖ、周波数＝３ｋHｚ、VDC＝−４００ｖ
現像剤；重合トナー及びフェライトキャリア：Ｔ／Ｄ＝６．５％
重合トナー平均体積粒子径：６．５μｍ
フェライトキャリア平均体積粒子径：４０μｍ
トナーの単位質量当たりの平均電荷量：２．０×１０-2C／ｋｇ
【００３０】
上述した現像条件を固定し、現像ギャップD及び現像ローラ上の現像剤搬送量Mを変化させることにより空隙率を変えて検討した。
また、上記検討にて使用したトナー及びキャリアの密度はそれぞれ１．０g／cm3、２．２g／cm3であった。
まず、各条件での空隙率を算出するために、下記式にて現像剤の密度を求める。
前記の式、ρ＝1／｛(1−td)／ρc＋td／ρt｝へ、
トナー濃度td及びトナーとキャリアの密度を代入すると、現像剤密度ρは、
ρ＝1／｛（１−０．０６５）／２．２  ＋  ０．０６５／１．０｝
＝  ２．０５（g／cm3）
この現像剤密度ρを前記式（Ａ）に代入して空隙率を算出した。
尚、現像剤搬送量Mは、現像スリーブ上面の一定面積に形成された磁気ブラシを現像磁極より強力な磁石にて強制的に剥離し、その重量を測定することにより、単位面積あたりの現像剤搬送量として算出した値を用いた。また、現像剤搬送量Ｍは、現像スリーブと規制部材とのギャップにより調整することができる。本発明では、規制部材として磁性体のブレードを使用しており、この場合ギャップと現像剤搬送量Ｍの関係は、図４に示すような曲線状にあることが分かっている。
実施例として以下の表１に示す組み合わせで検討を行った。
【００３１】
【表１】
2007033815.tif 000003
【００３２】
表２に比較例として検討した条件を示した。
【表２】
2007033815.tif 000004
評価方法は下記の通りであった。
【００３３】
(1)現像効率
現像スリーブ上に形成された現像領域内の磁気ブラシに含まれるトナー量に対し、現像領域において感光体の静電潜像を現像するときに移動するトナー量の割合を現像効率とする。
【００３４】
具体的には、ベタ画像を印字したときに単位面積あたりの感光体上に現像されるトナー量をｍ（ｇ／cm2）としたとき、現像効率ηは、次式により算出した。
η（％）＝ｍ／（Ｍ×td）×１００
この現像効率の値が大きいほど、現像スリーブで搬送された現像剤から感光体上の静電潜像へのトナーの移動が効率的であるといえる。本発明においては、現像効率が１０以上であれば適性であると判断した。
【００３５】
尚、上記現像トナー量ｍは、感光体上に現像されたベタ画像のうち、一定面積に付着するトナーを吸引しその質量を測定することにより得た値を用いた。
(2)画像濃度
５０ｍｍ×５０ｍｍのベタ画像部の濃度を濃度計(マクベス社製、ＲＤ−９１８)にて測定を行い、光学濃度が１．３以上であれば画像濃度として適性であると判断した。
(3)ベタ均一性
(2)の画像濃度測定サンプルを目視により評価し、濃度むらがなくなめらかな状態を「○」、粒状感や濃度むらがみられる場合を「×」とした。
【００３６】
(4)ドット再現性
１インチ当たり６００個のドット画像を形成し得る印字条件で、１ドットのトナー画像を形成し、トナー画像を拡大して目視により評価した。ドット形状が非常に良好あるいは良い場合を「◎」、問題にはならない場合を「○」、トナーの飛び散りや、形状がわるい場合を「×」で表した。
【００３７】
(5)ライン再現性
１インチ当たり６００個のドット画像を形成し得る印字条件で、２ドット毎のライン画像を作成し、トナー画像を拡大して目視により評価した。ラインが整然と並んでおり、非常に良好あるいは良い場合を「◎」、やや乱れはあるものの、全体として問題にならない場合を「○」、ラインの欠けやトナーの飛び散りがみられる場合を「×」で表した。
【００３８】
(6)カブリ
印字前後の白色度の差を白度計(ハンター白度計、日本電色工業社製)を用いて測定し、その差が最大となる値を示した。カブリ濃度測定法は、A４サイズの白紙を予め白度計(ハンター白度計、日本電色工業社製)にて白度を測定し、その値を第１測定値とする。次に、直径５５ｍｍの白円を含む原稿を用いて３枚複写し、得られた画像サンプルの白部を前述の白度計にて測定し、この値を第２測定値とする。第２測定値の値を第１測定値から差し引いた値をカブリの値とする。この値が０．４未満ならば「○」、０．４以上１．０未満ならば「△」、１．０以上ならば「×」で評価した。
【００３９】
(７)キャリア付着
Ａ４サイズの白ベタ画像を印字させ、感光体の動作を印字途中で強制的に中断し、そ  のときの感光体上に付着したキャリアの個数を幅１８ｍｍのテープで取って数えた。
【００４０】
付着しているキャリアの個数が１５個未満であれば画像に問題ないレベルであると判断した。
【００４１】
以上、各評価結果を下記表３に表した。
尚、総合評価として各評価項目に対して基準となるレベルを越えている場合には「◎」、１つだけ「△」がある場合を「○」、基準を超えていないもの及び一つでも「×」がある場合には「×」で判断した結果を合わせて示した。
【００４２】
【表３】
2007033815.tif 000005
上記結果より、現像領域での空隙率が適正な範囲であると、現像特性に優れた、高品質な画像を得ることができる。
【００４３】
最後に、前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得ることは明らかである。そのような変形例は、この発明の特徴及び範囲に属さないと解釈されるべきものではない。本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更とが含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、電子写真方式の複写装置あるいはプリンタなどの画像形成装置において用いられる現像方法に係り、特に、現像ローラ上にトナー及び磁気キャリアからなる現像剤層を形成し、感光体と現像ローラ間に電界を印加して感光体上の潜像を現像する現像方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の現像方法を示す模式図である。
【図２】現像ローラの内部磁極の断面を示す模式図である。
【図３】現像領域の拡大面を表す模式図である。
【図４】規制部材と現像ローラ間ギャップに対する現像剤搬送量の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１０    感光体ドラム
２０    現像装置
２１    現像ハウジング
２２    現像ローラ
２２１    非磁性スリーブ
２２２    磁極ロール
２３    規制部材（ウイズ現像方法）
２３ａ  規制部材（カウンター現像方法）
２４    現像剤搬送スクリュー(現像室)
２５    現像剤搬送スクリュー(攪拌室)
２６    隔壁
３０    トナー
３１    現像剤
４０    補給口
４１    トナー補給ローラ
５０    現像領域
Ｒ１    現像室
Ｒ２    攪拌室
Ｒ３    トナー補給室
Ｘ    現像ローラ回転方向(ウイズ現像方法)
【図１】
2007033815.tif 000006
【図２】
2007033815.tif 000007
【図３】
2007033815.tif 000008
【図４】
2007033815.tif 000009